當前,全球科技和產業競爭日趨激烈,大國戰略博弈進一步聚焦制造業,美國“先進制造業領導力戰略”、德國“國家工業戰略 2030”等以重振制造業為核心的發展戰略,均以智能制造為主要抓手。通俗的講,想要智能化,先要數字化,想要數字化,先要網絡化。網絡化是邁向智能制造的基礎,而實現網絡化的前提是工業通訊。
一直以來,工業通訊技術與工業控制系統相伴而生,是工業控制發展的關鍵技術。而隨著數字化時代的到來,工業控制系統網絡化、數字化發展進程不斷深入,其對于工業通訊技術的需求也日益提升。
以現場總線為例,目前世界上存在著大約40余種,很多公司都有其各自的現場總線技術,彼此的開放性和互操作性難以統一,不同的總線標準造成了新的壁壘,使得不同總線設備間無法互聯。與傳統總線相比,實時以太網統一采用標準的IEEE802.3網絡,在這個層面上各廠家實現了統一。但實時以太網基于原有的三層網絡架構(物理層、數據鏈路層、應用層),在應用層采用了諸如PROFINET、EtherCAT等協議,因此實時以太網只統一了物理層與數據鏈路層的問題,在應用層面的這些協議各廠家依然無法互通。
隨著國家智能制造戰略的深入,IT與OT的融合進程加速,現場總線、工業以太網桎梏于標準之爭,導致自動化系統內部的橫向通信、與下層現場傳感和數據采集層及上層企業管理系統的縱向通信受限,無法解決的互聯互通問題成為阻礙。OPC UA、TSN兩大標準的發展,為面向未來的工業通信帶來新的機遇。
OPC UA是新一代的基于語義和面向服務架構(SOA)的OPC規范,將傳統OPC的所有功能集成到一個可擴展框架,并實現了跨平臺支持。鑒于其強大的建模能力,OPA UA天然適合用于工廠IT系統和OT系統的集成與互聯互通,是實現工業“萬物互聯”的關鍵標準。OPC UA解決了上層問題,對于底層數據,下一代工業總線標準TSN開始登場,在實現微秒級時延以及納秒級抖動的基礎上,同時也定義了時間同步、數據調度、資源管理等多種優化機制。IT與OT融合的諸多問題被逐一解決,打通了從決策層到執行層的全業務流程。
工業通訊是為滿足工業更為簡單的連接、更便捷的工程集成、更為開放的訴求,其發展是基于用戶需求不斷融合、簡化的過程。從最初總是與工業控制系統集成在一起的“沒有存在感”,到現在有著“牽一發而動全身”的影響力,工業通訊的價值已日漸凸顯,不僅得到了業內空前的重視,其技術本身也在不斷發展、日臻完善。
相信,在數字智能時代,工業通訊前景廣闊、未來可期!
摘自《自動化博覽》2022年5月刊